麥稈-聚乳酸綠色復(fù)合材料的制備及界面性能改善.pdf

1、復(fù)合材料具有高強(qiáng)、高模、節(jié)能等不可替代的優(yōu)勢(shì)，因而在材料科學(xué)領(lǐng)域占有一席之地，但是許多復(fù)合材料的廢棄、回收和再生等問題帶來日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。解決復(fù)合材料的再生和循環(huán)利用，使其朝著環(huán)境協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，是目前國內(nèi)外復(fù)合材料研究者潛心研究的一個(gè)熱門領(lǐng)域。
　　 天然植物纖維復(fù)合材料填埋處理后，植物纖維能被土壤中的微生物完全分解成水和二氧化碳，經(jīng)過生物循環(huán)回到自然界，因而可以很好地解決復(fù)合材料的回收問題。我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)作物生

2、產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，小麥?zhǔn)亲钪饕募Z食作物之一，小麥種植在我國分布廣泛，所以我國具有豐富的麥秸資源（每年約有1億噸），但其并未得到很好利用。以往對(duì)麥稈的處理方式一般是造紙制漿或是將麥秸進(jìn)行焚燒還田，這樣的處理方式不僅燒掉了珍貴的資源，而且給生態(tài)環(huán)境造成了極大的污染。因此，如何開發(fā)利用麥稈資源，合理地實(shí)現(xiàn)對(duì)麥稈的回收利用，具有重要意義。本文主要研究如何用麥稈與聚乳酸樹脂制作環(huán)保型可降解復(fù)合材料，既能解決復(fù)合材料的廢棄、回收等問題，又為麥稈這種農(nóng)副產(chǎn)

3、品的循環(huán)利用提供了新的方式，一舉兩得。
　　 本文選用長(zhǎng)麥稈與聚乳酸分別作為增強(qiáng)材料和基體材料，采用熱壓法制備麥稈/聚乳酸復(fù)合材料，制作出了不同麥稈體積含量和不同麥稈界面性能的復(fù)合材料，并對(duì)所制備的復(fù)合材料力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)材料的破壞機(jī)理進(jìn)行分析。而且，在優(yōu)化制備工藝參數(shù)的同時(shí)對(duì)麥稈的表面進(jìn)行改性，提高了麥稈與樹脂之間的界面性能，得到了機(jī)械性能更好的復(fù)合材料。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.為了充分認(rèn)識(shí)麥稈材料的特性而加

4、以有效利用，本課題對(duì)麥稈的表面物理參數(shù)如長(zhǎng)度、密度、外徑、壁厚等進(jìn)行測(cè)試與表征。同時(shí)，為了選擇適合的麥稈復(fù)合材料加工工藝與參數(shù)，研究了麥稈在不同形態(tài)和不同溫度下的力學(xué)性能。經(jīng)測(cè)試，麥稈的壁厚為0.019cm，外徑為0.238cm，密度為0.33g.cm-3。正常形態(tài)麥稈拉伸測(cè)試結(jié)果顯示:其拉伸強(qiáng)度為92.18MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1.81％，拉伸模量為2.88GPa;壓扁后麥稈拉伸測(cè)試顯示其拉伸強(qiáng)度為96.86MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為1.96

5、％，拉伸模量為3.04GPa。不同溫度下麥稈的拉伸測(cè)試結(jié)果顯示當(dāng)溫度為150℃、160℃、170℃、180℃時(shí)，其拉伸強(qiáng)度分別為94.17MPa、92.45MPa、89.99MPa和85.39MPa，拉伸模量分別為3.01GPa、2.94GPa、2.89GPa和2.74GPa。這表明經(jīng)不同溫度處理的麥稈拉伸性能會(huì)有變化，為復(fù)合材料制備工藝提供一定的參考與依據(jù)。
　　 2.為制備性能優(yōu)異的麥稈/聚乳酸復(fù)合材料，分別研究了聚乳酸膜及

6、麥稈/聚乳酸綠色復(fù)合材料的制備工藝與加工參數(shù)。對(duì)聚乳酸膜的拉伸測(cè)試結(jié)果顯示:其強(qiáng)度為25.09MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3.43％，拉伸模量為742.32MPa。制備了不同麥稈體積分?jǐn)?shù)（20％和30％）的麥稈/聚乳酸綠色復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行了縱橫向拉伸和縱向彎曲測(cè)試。其橫向拉伸強(qiáng)度分別為21.61MPa和23.59MPa，拉伸模量分別為0.92GPa和1.04GPa;縱向拉伸強(qiáng)度分別為26.53MPa和30.14MPa，拉伸模量分別為1.35G

7、Pa和1.61GPa;彎曲強(qiáng)度分別為64.13MPa和74.26MPa，彎曲模量分別為1.81GPa和1.95GPa。結(jié)果表面麥稈體積分?jǐn)?shù)為30％的復(fù)合材料比20％的力學(xué)性能更為優(yōu)異。
　　 3.由于麥稈表面具有一層蠟質(zhì)，蠟質(zhì)會(huì)影響麥稈與聚乳酸的相互結(jié)合作用，兩者的界面結(jié)合性能差。為改善其界面性能，本課題對(duì)麥稈進(jìn)行了堿處理改性，對(duì)改性后麥稈進(jìn)行接觸角、SEM表征，并測(cè)試了其拉伸性能。SEM圖片表明，經(jīng)堿處理改性后，麥稈表面的蠟質(zhì)

8、被去除，顯示出麥稈凹凸不平的表面結(jié)構(gòu)，這有利于增大麥稈表面積，增強(qiáng)其與聚乳酸的界面結(jié)合力。分別選取經(jīng)2％和4％NaOH溶液處理后的麥稈為增強(qiáng)材料，與聚乳酸制備麥稈體積分?jǐn)?shù)為20％的復(fù)合材料，測(cè)試改性后復(fù)合材料的性能。結(jié)果表明，經(jīng)2％和4％濃度的NaOH改性后，復(fù)合材料橫向拉伸強(qiáng)度分別提高了24.20％和34.29％;縱向拉伸強(qiáng)度分別提高了22.16％和12.63％;縱向彎曲強(qiáng)度分別提高了22.44％和16.09％。得出麥稈進(jìn)行堿處理改性